(57)【要約】【課題】一次冷却材回路（１２）と、一次冷却材回路（１２）から分離された蒸気−水回路（１４）と、一次冷却材回路（１２）及び蒸気／水回路（１４）に接続され一次冷却材回路（１２）から蒸気／水回路（１４）へ熱を伝導する蒸気発生器（１８）とを有する原子力発電所（１０）は、蒸気／水回路（１４）に少なくとも一つの投与点（４４）を有し、蒸気／水回路（１４）へ還元剤を導入する。還元剤は、炭素、水素、及び酸素からなる有機化合物である。さらに、そのような原子力発電所の運転方法、及び原子力発電所（１０）の蒸気発生器（１８）の二次側の非稼働時間保護用の方法の使用を提供する。
2019502133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次冷却材回路（１２）と、一次冷却材回路（１２）から分離された蒸気−水回路（１４）と、一次冷却材回路（１２）及び蒸気−水回路（１４）に接続され一次冷却材回路（１２）からの熱を蒸気−水回路（１４）へ伝達する蒸気発生器（１８）とを備えた原子力発電所（１０）であって、ここで蒸気−水回路（１４）は、蒸気−水回路（１４）へ還元剤を導入する少なくとも一つの投与点（４４）を有し、
還元剤は、炭素、水素、及び酸素から構成された有機化合物であり、
蒸気−水回路（１４）は、還元条件が蒸気発生器（１８）内に存在する間、蒸気−水回路（１４）において既定の酸素濃度を設定する還元剤の濃度をコントロールする手段（５０、５６、５８）を有する、
ことを特徴とする原子力発電所。
【請求項２】
還元剤は、ガンマ線にさらされた状態において脱酸素剤として働く、請求項１に記載の原子力発電所。
【請求項３】
還元剤は、Ｃ１−Ｃ６アルコール、アルデヒド、及びケトン、あるいはこれらの混合物から構成されるグループから選択されたものである、請求項１又は２に記載の原子力発電所。
【請求項４】
還元剤は、Ｃ１−Ｃ６アルコール、好ましくはメタノールである、請求項１から３のいずれかに記載の原子力発電所。
【請求項５】
蒸気−水回路（１４）は、復水器（２０）及び主復水ポンプ（３６）を有し、投与点（４４）は、復水器（２０）と主復水ポンプ（３６）との間に位置する、請求項１から４のいずれかに記載の原子力発電所。
【請求項６】
蒸気−水回路（１４）は、給水容器（２２）を有し、投与点（４４）は、給水容器（２２）から下流に位置する、請求項１から５のいずれかに記載の原子力発電所。
【請求項７】
還元剤の濃度、及び／又は酸化還元電位を測定する少なくとも一つの装置（５０）が蒸気−水回路（１４）に設けられている、請求項１から６のいずれかに記載の原子力発電所。
【請求項８】
請求項１に記載の原子力発電所の運転方法であって、ここで原子力発電所（１０）は、一次冷却材回路（１２）と、一次冷却材回路（１２）から分離された蒸気−水回路（１４）と、一次冷却材回路（１２）及び蒸気−水回路（１４）に接続され一次冷却材回路（１２）からの熱を蒸気−水回路（１４）へ伝達する蒸気発生器（１８）とを備え、
炭素、水素、及び酸素から構成された有機還元剤が蒸気−水回路（１４）へ導入され、
蒸気発生器（１８）内では還元条件が存在しながら、好ましくは高々０．１ｍｇ／ｋｇの既定の酸素濃度が蒸気−水回路（１４）において設定される、
ことを特徴とする運転方法。
【請求項９】
７を超えるｐＨが蒸気−水回路（１４）において設定される、請求項８に記載の運転方法。
【請求項１０】
還元剤の濃度は、連続的に測定される、請求項８又は９に記載の運転方法。
【請求項１１】
蒸気発生器（１８）における還元剤の消費は、連続的に測定される、請求項８から１０のいずれかに記載の運転方法。
【請求項１２】
蒸気−水回路（１４）は、給水部（４０）及び主復水部（３４）を備え、主復水及び／又は給水における酸素量が分析され、還元剤の濃度用の制御パラメータとして使用される、請求項８から１１のいずれかに記載の運転方法。
【請求項１３】
蒸気発生器（１８）は、一次冷却材回路（１２）から熱を吸収するため循環水が循環する循環スペース（４８）を有し、循環水における還元剤の濃度は、１０Ｅ−７ｍｏｌ／ｋｇから１０Ｅ−３ｍｏｌ／ｋｇ、好ましくは３ｘ１０Ｅ−７から３ｘ１０Ｅ−４ｍｏｌ／ｋｇの範囲にある、請求項８又は１２に記載の運転方法。
【請求項１４】
蒸気−水回路（１４）は、給水供給ライン（５４）を備えた給水部（４０）を有し、蒸気発生器（１８）は、一次冷却材回路（１２）から熱を吸収するため循環水が循環する循環スペース（４８）を備え、給水及び／又は循環水における還元剤の濃度は、ＴＯＣ流量計（５６）によって測定される、請求項８から１３のいずれかに記載の運転方法。
【請求項１５】
蒸気−水回路（１４）は循環スペース（４８）を備え、蒸気発生器（１８）の循環水における酸化還元及び／又は腐食電位は、電位センサ（５８）によって測定される、請求項８から１４のいずれかに記載の運転方法。
【請求項１６】
蒸気−水回路（１４）は、循環スペース（４８）を備え、循環水における酸化還元電位は、連続的に測定され、還元剤の投与用の制御パラメータとして使用される、請求項８から１５のいずれかに記載の運転方法。
【請求項１７】
蒸気−水回路（１４）における酸化条件を調節するため、酸化還元及び／又は腐食電位が、同時に、還元条件を調節するため、蒸気発生器（１８）の循環水における酸化還元及び／又は腐食電位が測定される、請求項８から１６のいずれかに記載の運転方法。
【請求項１８】
蒸気発生器（１８）の非稼働時間保護用に使用され、蒸気発生器の水における還元剤の濃度が５ｘ１０Ｅ−６ｍｏｌ／ｋｇから５ｘ１０Ｅ−２ｍｏｌ／ｋｇの範囲にある、請求項８から１７のいずれかに記載の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一次冷却材回路と、一次冷却材回路から分離された蒸気−水回路とを備えた原子力発電所に関する。より具体的には、本発明は、前記原子力発電所を運転する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一次冷却材回路と、一次冷却材回路から分離した蒸気−水回路とを備えた原子力発電所が知られている。それらは、特に加圧水型原子炉又は重水炉によって運転されている。それらの構造及び使用されている材料のため、原子力発電所の蒸気発生器は、還元条件下で運転されねばならない。プラントの非稼働時間でさえ、還元条件を使用することによって蒸気発生器の二次側の材料を腐食から保護することが要求される。これはまた非稼働時間保護（downtime preservation）とも呼ばれる。両方のタスクのため、還元剤としてヒドラジンが使用される。
【０００３】
原子力発電所の出力運転中、ヒドラジンは、原子力発電所の蒸気−水回路において以下の反応を生じさせる。即ち、
−  Ｎ２Ｈ４＋Ｏ２  →  Ｎ２＋２Ｈ２Ｏの反応による酸素結合。オキシダントＯ２、及び必要ならば銅イオンのような他のオキシダントの除去は、還元条件のセッティングを容易にする。
−  Ｎ２Ｈ４＋４ＯＨ−  →  Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−の反応による部品表面における付加的な電気化学ヒドラジン酸化による還元条件。標準状態下では、この反応の平衡電極電位は、水素電極に対して−３３０ｍＶである。
【０００４】
ヒドラジンとの反応は、熱活性型であり、軽水型及び重水炉の復水及び給水システムにおいて酸化条件から還元条件へ緩やかな移行を引き起こす。給水が蒸気発生器に入ったとき蒸気発生器の二次側における循環水において、ヒドラジンは、還元条件が保証されるような高い割合で反応する。
【０００５】
従来のエネルギー源で運転される発電所では、特定の酸化条件は、少量の酸素を使用して復水及び給水システムにおいて設定される。その際、部品の鉄分の放出、よって蒸気ボイラーへの腐食生成物の導入もまた、減じられる。この理由から、工業用発電所における給水、ボイラー水、及び蒸気の品質に関するＶＧＢ標準（ＶＧＢ−Ｓ−０１０−Ｔ−００；  ２０１１−１２．ＤＥ）は、特定のＡＶＴ運転モード（ＡＶＴ＝all volatile treatment: 全揮発性処理）の中から、調整がいずれの還元剤も加えずにアンモニアのみによって実行されるＡＶＴ（Ｏ）運転モードのみを推奨している。この標準によれば、付加的に揮発性還元剤が酸素バインダーとして加えられるＡＶＴ（Ｒ）運転モードは、例外的ケースにおいてのみ使用されるべきである。
【０００６】
ヒドラジンは、非常に良好な酸素バインダーである。したがって、還元剤としてヒドラジンを加えることによる加圧水型原子炉の二次蒸気−水回路の既知の運転は、ＡＶＴ（Ｒ）運転モードに相当する。ヒドラジンを含む媒体では、回路システムにおける酸素量の正確な調節、よって軽水炉及び重水炉の蒸気−水回路システムのＡＶＴ（Ｏ）調整は、可能ではない。さらに、ヒドラジンは、強い還元剤として、回路システムにおけるエロージョン腐食を強化（reinforce）することができる。
【０００７】
いくつかのプラントは、カルボヒドラジドを使用することによりヒドラジンの使用を回避する。カルボヒドラジドは、ヒドラジンのような同様の特性を示し、また強い還元剤である。
【０００８】
ＥＰ  ２１９３５２４Ｂ１から、沸騰水型原子炉を含む原子力発電所は、その原子炉冷却システムでは、ヒドラジンとは別にアルコールが還元剤として使用されていることが知られている。アルコール注入は、炉心を通過する一次冷却材回路において行なわれる。
【０００９】
ＤＥ  １００３０７２６Ｂ４は、原子炉の部品における腐食を抑制する方法を示しており、該方法では、光触媒物質が使用され、原子炉部品の表面に光触媒物質を堆積して腐食から保護する。水素又はメタノールは、給水システムを通して一次冷却材回路の炉水へ注入することができる。
【００１０】
これら両方は、一次冷却材回路の全体に強いガンマ線場が広がる点で特徴づけられる沸騰水型原子炉における冷却水を扱う方法である。したがって沸騰水型原子炉は、基本的に、一次冷却材回路から分離された蒸気−水回路と、一次冷却材回路からの熱を蒸気−水回路へ伝達するために一次冷却材回路及び蒸気−水回路に接続された蒸気発生器とを備えた加圧水型原子炉あるいは重水炉とは異なる。
【００１１】
ＷＯ  ００／４６４２３Ａは、加圧水型原子炉によって運転される原子力発電所の蒸気発生器から堆積物を除去するための洗剤成分及び方法に関するものである。水性組成物は、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、及びエトキシル化メルカプタンあるいは酸化エトキシル化メルカプタンの少なくとも一つを含んでいる。洗剤成分と一緒に、さらなる化学成分が、例えばアスコルビン酸、ヒドロキノン、亜硫酸ナトリウム、ジエチルヒドロキシアミン、ヒドラジン、イソアスコルビン酸、あるいはカルボヒドラジドのような還元剤が、加圧水型原子炉の二次回路へ導入することができる。
【発明の概要】
【００１２】
本発明は、特に加圧水型原子炉あるいは重水炉の原子力発電所の二次蒸気−水回路において、ヒドラジンのような有毒な還元剤に頼らずに、効果的で取り扱いが簡単な腐食保護を提供することを目的とする。
【００１３】
目的を達成するために、原子力発電所は、一次冷却材回路から分離された蒸気−水回路を有する一次冷却材回路と、一次冷却材回路及び蒸気−水回路に接続され一次冷却材回路からの熱を蒸気−水回路へ伝達する蒸気発生器とを備えて提供される。蒸気−水回路は、蒸気−水回路へ還元剤を導入する少なくとも一つの投与点（dosing point）と、ここで還元剤は、炭素、水素、及び酸素からなる有機化合物であり、また、還元条件が蒸気発生器（１８）内で広がる間、蒸気−水回路における既定の酸素濃度を設定するために使用される還元剤の濃度をコントロールする手段とを有する。
【００１４】
発明者は、第１に、蒸気発生器の外側の蒸気−水回路の設備において、回路システムにおける少量の酸素の正確な設定が工業用発電所用に推奨されるＡＶＴ（Ｏ）運転を保証することを、代替の還元剤が可能でなければならないことを認識している。第２に、発明者は、蒸気発生器において使用される材料、特にニッケル合金、がＡＶＴ（Ｏ）運転によって腐食可能であることから、原子炉の蒸気発生器の循環水における還元条件を確かにしなければならない。全体として、代替の還元剤は、可能であれば、以下の化学的特性を有するべきである。即ち、
−  原子炉の蒸気発生器の循環水システムではなく蒸気−水回路システムにおいて酸素結合がない。
−  原子炉の蒸気発生器以外の蒸気−水回路システムにおいて強い電気化学還元効果がない。
−  復水浄化設備、及び蒸気発生器のブローダウン脱塩設備におけるアニオン及びカチオン交換樹脂の能力の劣化（strain）及び早期の枯渇がない。
−  原子力発電所における還元剤の取り扱いを著しく害する、発癌性、有害性、あるいは他の化学的特性がない。
【００１５】
ヒドラジンあるいは他の強い酸素バインダー及び還元剤の代わりに、低分子量で窒素無のＣ、Ｈ、Ｏの化合物が軽水炉あるいは重水炉の二次蒸気−水回路へ投与される。ここで低分子量は、８００ｇ／ｍｏｌ未満、好ましくは４００ｇ／ｍｏｌ未満の分子量を意味する。二次側における原子炉蒸気発生器の内側に存在する放射線場は、以下の化学反応が循環水において引き起こされるのに十分である。
−  酸素結合：例えばメタノールの場合、ＣＨ３ＯＨ＋３／２ Ｏ２  →  ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏの反応による；
−  高い還元効果：標準状態下で、ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−の反応によりＣＯ２を形成するメタノールの電気化学酸化用の電池電位は、水素電極に対して＋２０ｍＶである。
【００１６】
したがって、低分子量のＣ、Ｈ、Ｏ化合物は、また、原子炉の蒸気発生器の内部で強い還元条件を引き起こす。その結果、低分子量で窒素無のＣ、Ｈ、Ｏ化合物の使用は、ヒドラジンの使用をもはや必要とせずに、原子炉の蒸気発生器における還元条件の目標設定を可能にする。原子炉の蒸気発生器の外側の二次蒸気−水回路システムにおいて、Ｃ、Ｈ、Ｏ化合物は、酸化条件の設定を可能にしながら、酸素に関して大部分が不活性である。
【００１７】
有利な実施形態によれば、ガンマ線にさらされたときの還元剤は、脱酸素剤として働く。還元反応は、蒸気発生器において存在するガンマ線によってのみ引き起こされることから、蒸気−水回路における酸素量は、正確に調節でき、それにより、軽水炉あるいは重水炉の蒸気−水回路においてＡＶＴ（Ｏ）運転モードが使用されることを可能にする。次に、発電所におけるＡＶＴ（Ｏ）運転モードの結果、アンモニアあるいは他の有機アミンによるアルカリ化は、低い鉄分の放出を保証するのに十分であり、及び回路システムにおけるエロージョン腐食に対する十分な抵抗を保証するのに十分である。好ましくは、蒸気−水回路システムの調整は、いずれの有機アミンを加えることなく、アンモニアのみを使用して行なうことができる。
【００１８】
別の有利な実施形態によれば、還元剤は、Ｃ１−Ｃ６アルコール、アルデヒド、及びケトン、あるいはこれらの混合物から構成されるグループから選択される。それらの揮発性の低分子量Ｃ、Ｈ、Ｏ化合物の利点は、ヒドラジンのような従来の還元剤の場合のように、浄水設備例えば復水浄化設備あるいはブローダウン脱塩設備において除去されないことである。したがってそれらは、プラントにおいて可能な投与点の数を増やしながら、浄水設備から上流のシステムへ導入することも可能である。
【００１９】
特に有利な実施形態では、還元剤は、Ｃ１−Ｃ６アルコール、好ましくはプロパノール、エタノールあるいはメタノール、特に好ましくはメタノール、である。アルコールは、他の多くの還元剤と比較して、環境への危害がなく、よって殆ど手間を掛けずに安全な取り扱いが可能であるという利点を有する。それらは容易に送ることができ、格納でき、取り扱うことができる。
【００２０】
別の有利な実施形態では、蒸気−水回路は、復水器及び主復水ポンプを有する。さらに投与点は、復水器と主復水ポンプとの間に位置する。復水器は、凝結水蒸気を蒸気−水回路へ戻す役目をし、それにより、プラントの水消費量を削減する。復水器から下流の投与点の位置は、還元剤の追加の前に復水の品質をチェックすることを可能にする。
【００２１】
好ましい実施形態によれば、蒸気−水回路は、給水容器を有する。さらに、投与点は、給水容器から下流に位置する。給水容器は、蒸気発生器へ供給するために、及びシステムから取り出された水を補うために、利用される給水を保持する。還元剤の一部は、ガス抜きによって給水容器において再び除去されるので、給水容器と給水ポンプとの間の蒸気−水回路へ還元剤を導入することは有利である。さらに、給水容器から下流の投与点の配置は、還元剤の追加の前に給水の品質をチェックすることを可能にする。給水容器の代わりとして、給水導入装置を蒸気−水回路に接続することができる。
【００２２】
別の好ましい実施形態によれば、還元剤及び／又は酸化還元電位の濃度を測定するための少なくとも一つのデバイスが蒸気−水回路に設けられる。その測定は、蒸気−水回路における水質をモニターすること、及び、所望の条件を調節すること、即ち回路システムにおける低い既定の酸素量の調節を行う役目をし、蒸気発生器の循環水における還元条件を保証する。
【００２３】
還元条件は、標準状態（還元半電池電位）下で、水素電極に対するそれぞれの媒体の酸化還元電位、ここでは運転温度での循環水の酸化還元電位が０Ｖ未満、好ましくは−１０ｍＶ未満であることを意味する。
【００２４】
発明の別の目的は、一次冷却材回路、一次冷却材回路から分離された蒸気−水回路、並びに、一次冷却材回路からの熱を蒸気−水回路へ伝達するために一次冷却材回路及び蒸気−水回路に接続された蒸気発生器を備えた原子力発電所を運転する方法である。炭素、水素、及び酸素から構成される有機還元剤は、還元条件が蒸気発生器内に存在しながら、好ましくは０．１ｍｇ／ｋｇ以下である既定の酸素濃度が蒸気−水回路において設定されるように還元剤の濃度がコントロールされている状態で、蒸気−水回路へ導入される。
【００２５】
蒸気−水回路において酸素濃度を制限することは、蒸気−水回路のＡＶＴ（Ｏ）運転モードを可能にし、よって蒸気−水回路におけるエロージョン腐食に対する十分な抵抗を保証する。例えば、ヘマタイト保護層が鋼表面に形成され、酸化銅（Ｉ）保護層が銅を含む表面に形成され、それらの材料における腐食速度を低減する。同時に、蒸気発生器に存在するガンマ線は、蒸気発生器における部品の必要な耐食性を確保するＡＶＴ（Ｒ）運転モードがそこに適用されることを可能にする。
【００２６】
有利な実施形態によれば、ｐＨ７を超える、特に好ましくは８．５を超えるｐＨが蒸気−水回路において設定される。さらに、高いｐＨで酸化鉄の溶解度が減じられることから、蒸気−水回路における鋼表面は、この処置によって腐食から保護される。
【００２７】
別の有利な実施形態によれば、還元剤の濃度は連続的に測定され、これは非常に正確なプロセス監視及びコントロールを可能にし、コスト削減に結びつく。
【００２８】
好ましい実施形態では、蒸気発生器における還元剤の消費は、連続的に測定される。その際、その結果は、蒸気−水回路における（還元）条件に関して引き出すことができ、システムの安全なモニタリングを可能にする。
【００２９】
別の好ましい実施形態では、蒸気−水回路は、給水部及び主復水部を備え、主復水部及び／又は給水部における酸素量が分析され、還元剤の濃度用の制御パラメータとして使用される。このように水質がモニターされ、蒸気−水回路における一定の条件が保証される。給水における還元剤の濃度は、好ましくは１０Ｅ−６ｍｏｌ／ｋｇから１０Ｅ−３ｍｏｌ／ｋｇまでの範囲にある。還元剤としてメタノールを使用する場合、これらの濃度は、およそ１０μｇ／ｋｇから３５ｍｇ／ｋｇまでの範囲に相当する。
【００３０】
好ましい実施形態によれば、蒸気発生器は、一次冷却材回路から熱を吸収するために循環水が循環する循環スペースを有する。循環スペースは、蒸気発生器のハウジングによって形成された空間と、伝熱設備を囲むシースとを備える。循環水における還元剤の濃度は、好ましくは、１０Ｅ−７ｍｏｌ／ｋｇから１０Ｅ−３ｍｏｌ／ｋｇまでの範囲、好ましくは３ｘ１０Ｅ−７ｍｏｌ／ｋｇから３ｘ１０Ｅ−４ｍｏｌ／ｋｇまでの範囲にある。メタノールを使用する場合、これらの値は、およそ１μｇ／ｋｇから３５ｍｇ／ｋｇの範囲、あるいは３〜１０ｍｇ／ｋｇの範囲に相当する。還元剤の濃度の設定により、プラントの運転中、蒸気発生器において還元条件が常に存在するだろうことは保証される。
【００３１】
好ましい実施形態によれば、蒸気−水回路は、給水入口を含む給水部を有し、蒸気発生器は、還元剤の濃度が、給水において、あるいは付加的もしくは代わりに循環水において、ＴＯＣ流量計（ＴＯＣ＝total organic carbon: 全有機体炭素）によって測定されるとともに、一次冷却材回路から熱を吸収するために循環水が循環する循環スペースを備える。還元剤の濃度を測定することによって、還元剤の投与は調節することができ、システムの連続した監視が可能である。
【００３２】
有利な実施形態において、蒸気−水回路は、蒸気発生器の循環水において酸化還元及び／又は腐食電位が電位センサによって測定されるとともに、循環スペースを備える。腐食電位は、市販の照合電極、例えばＡｇ／ＡｇＣｌ電極、に対する周囲の媒体に接する物質の電極電位として定義される。循環水における水質をモニターすることによって、蒸気発生器の循環水における還元条件は、具体的に設定でき維持することができる。
【００３３】
別の有利な実施形態では、蒸気−水回路は、循環水における酸化還元電位が連続的に測定され、還元剤投与用の制御パラメータとして使用されると共に、循環スペースを備える。そのようにすることで、還元剤濃度における運転に関連した変動は、明確に補償することができ、したがって既定された条件を確保することができる。
【００３４】
好ましい実施形態によれば、蒸気−水回路における酸化条件を調節するために酸化還元及び／又は腐食電位が、並びに、同時に蒸気発生器の循環水における酸化還元及び／又は腐食電位が、蒸気発生器における還元条件を調節し保証するために測定される。酸化条件は、媒体における好ましくは０．１ｍｇ／ｋｇの既定の酸素濃度が超過するのを許されない状態にて、標準状態下で水素電極に対して測定された、運転温度でのそれぞれの媒体の酸化還元電位が０Ｖを超え、好ましくは１０ｍＶを超えることを意味する。このような方法で、ＡＶＴ（Ｒ）条件下での蒸気発生器の、及びＡＶＴ（Ｏ）条件下での蒸気−水回路の同時運転が、同じ冷却材を使用して、同じ回路においてモニター及びコントロールされることが可能である。
【００３５】
発明の別の目的は、二次側における還元剤の濃度が５ｘ１０Ｅ−６から５ｘ１０Ｅ−２ｍｏｌ／ｋｇ、これはおよそ３０μｇ／ｋｇから１０００ｍｇ／ｋｇのメタノールに相当する、である状態で、蒸気発生器の非稼働時間保護のため、記述した方法の使用である。原子炉の非稼働時間でさえ、原子炉の蒸気発生器は高い放射線場を示す。したがって、原子炉の蒸気発生器の二次側における十分な量のＣ、Ｈ、Ｏ化合物において必要なガンマ線が存在するとき、低分子量のＣ、Ｈ、Ｏ化合物（Ｍ＜８００ｇ／ｍｏｌ）はまた、脱酸素剤として働くことができるため、非稼働時間保護に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の原子力発電所における簡略化した蒸気−水回路の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
さらなる利点及び特徴は、添付図と併せて以下の記述から見ることができる。しかしながら図は、制限として理解されるものではない。
【００３８】
唯一の図において、一次冷却材回路１２と、それから分離された蒸気−水回路１４とを備える原子力発電所１０が示され、これは、一次冷却材回路１２が流れる原子炉１６、蒸気−水回路１４における蒸気発生器１８、復水器２０、及び給水容器２２を備える。
【００３９】
好ましくは、原子炉１６は加圧水型原子炉である。原子炉１６にて生じた熱は、一次冷却材回路１２を経由して、熱を蒸気−水回路１４へ伝達するところの蒸気発生器１８へ運ばれる。最初の高圧タービン２４及び別の低圧タービン２６において、熱い水蒸気の熱エネルギーは、最終的に発電機（不図示）を駆動し、よって電気エネルギーを生成するのに使用される運動エネルギーに変換される。
【００４０】
復水器２０では、冷やされた水蒸気は、主な復水を形成するその液相へ移行する。この目的のために復水器２０は、冷却水供給ライン２８によって冷やされ、また、暖かい廃ガスは、廃ガスポンプ３０によって放出される。損失は、バランス給水ライン３２によって補われる。
【００４１】
主な復水は、復水器２０から給水容器２２へ導く主復水部３４から主復水ポンプ３６を経由して給水容器２２へ運ばれる。給水容器２２では、高圧タービン２４と低圧タービン２６との間に位置する気水分離器３８からの水と共に主復水が集められ、給水として蒸気発生器への供給のために保持される。
【００４２】
給水容器２２から蒸気発生器での給水供給ライン５４へ通じる給水部４０では、給水は、給水ポンプ４２によって蒸気発生器１８へ送り戻され、蒸気発生器では熱を吸収するため給水が再利用され、二次蒸気−水回路１４は閉じられる。給水部４０において、給水容器２２と給水ポンプ４２との間に、投与点４４が配置され、ここでは炭素、水素、及び酸素で構成した還元剤、好ましくはメタノール、が投与装置４６によって蒸気−水回路１４へ導入される。
【００４３】
蒸気発生器１８において、還元剤はガンマ線に曝され、脱酸素剤として働く。連続して還元剤の濃度及び酸化還元電位を測定する装置５０は、蒸気発生器の循環スペース４８に設けられる。この目的のために、装置５０は電位センサ５８を備える。
【００４４】
代替あるいは追加として、循環水における還元剤の濃度は、蒸気発生器１８の外へ導かれたサンプリングライン６０においてＴＯＣ流量計５６によって連続的に測定することができる。サンプリングライン６０では放射線場でないことから、還元剤、特にアルコール、の濃度は、サンプリングライン６０において変化しない。
【００４５】
さらに、給水供給ライン５４は、ＴＯＣ流量計５６及び／又は電位センサ５８による測定を行なうために蒸気発生器１８から上流にサンプリングライン６１をさらに設けることができる。
【００４６】
主復水部３４及び給水部４０におけるものと共に、気水分離器２８と低圧タービン２６との間に中間ヒーター５２が配置され、これらは放出された熱エネルギーを蒸気−水回路１４へ戻すのに使用される。
【００４７】
以下には、還元剤としてメタノールを使用する、１０００ＭＷプラントの例によって、原子力発電所１０を運転する方法が記述される。
【００４８】
原子炉１６の始動及び出力運転（power operation）のため、３μｇ／ｋｇから１０ｍｇ／ｋｇまでのメタノール濃度が蒸気発生器の循環水において設定される。給水用に設定されたメタノール濃度は、メタノールのより容易な蒸発及びガス抜きによって生じる損失を補償するため、２〜３倍高い。
【００４９】
非稼働時間保護のため、３０μｇ／ｋｇから１０００ｍｇ／ｋｇまでのメタノール濃度が蒸気発生器における二次側にて設けられる。
【００５０】
対応する濃度を得るため出力運転の間、供給されねばならない日々のメタノール量は、プラントの出力に依存し、ここでは、１６ｋｇ／ｄから４１ｋｇ／ｄの範囲にある。したがって、１５００Ｌのタンク容量を有する従来の還元剤タンクの場合、１つのタンク充填は、タンクを補充しなければならない前に数週間、蒸気−水回路１４へメタノールを運ぶのに十分である。より多くの給水が流れるため、１３００ＭＷのプラント用のメタノール量は、およそ２５パーセント引き上げられる。
【００５１】
蒸気−水回路へのメタノールの注入は、蒸気−水回路１４における酸素濃度がＶＧＢ標準による０．１ｍｇ／ｋｇ未満に維持された状態で、蒸気発生器１８（ＡＶＴ（Ｏ）運転モード）の外側の蒸気−水回路１４における酸化条件を調節することを可能にする。
【００５２】
さらに、９．５を超えるｐＨが蒸気−水回路１４において設定される。アルカリのｐＨは、アンモニア及び他の有機アミン、特に好ましくはアンモニア、のような揮発性の窒素化合物を使用することによって好ましくは設定される。
【００５３】
好ましくは、メタノールは、給水容器２２におけるガス抜きによってメタノールの一部が損失することから、給水容器２２から下流の投与点４４で投与装置４６によって蒸気−水回路１４へ導入され、したがって、使用されるメタノールをより効率的に利用可能にする。
【００５４】
給水容器２２が無い原子力発電所１０の実施形態（図示せず）では、投与点４４の代わりに、代替の投与点、例えば蒸気発生器１８から直ぐの上流、あるいは気水分離器３８から直ぐの下流、を選択することが有利かもしれない。また、いくつかの投与点４４を蒸気−水回路１４に設けることも可能である。一般に、それぞれのプラントに最もふさわしい投与点４４は、オペレーターと一緒に決定されるべきである。
【００５５】
メタノール、及び炭素、水素、及び酸素からなる他の水溶性の有機低分子化合物は、浄水設備（図示せず）において除去されず、よって、浄水設備から上流でも蒸気−水回路１４へ導入することができる。このことは、発電所１０において可能な投与点４４の数がこれによって拡大するような利点を提供する。
【００５６】
特に、原子力発電所１０において、ヒドラジンのような還元剤の投与に使用される既存の投与点４４は、さらにメタノールを導入するために使用することができる。Ｃ、Ｈ、Ｏ化合物を使用する場合、エタノールアミン（ＥＴＡ）、ジメチルアミン（ＤＭＡ）、メトキシプロピルアミン（ＭＰＡ）あるいはモルホリンのような、いわゆる代替アミンの追加は、省略することができる。したがって、メタノール投与に一般に適している既存の投与装置４６でさえ、場合により使用されてもよい。
【００５７】
蒸気−水回路１４におけるメタノール濃度を測定し調節するために、主復水部３４の主復水における、及び給水部４０の給水における酸素量がモニターされる。この目的のために、ｐｐｂ範囲（μｇ／ｋｇ）の測定精度を有する市販のセンサを使用した連続測定が実行される。この測定方式は連続的であるので、測定された信号は、プロセス制御用の入力パラメータとして使用することができる。
【００５８】
これと比較して、最先端の方法による還元剤としてヒドラジンを使用する場合、蒸気−水回路１４におけるヒドラジン濃度は、光度測定によって測定される。これは、その分析頻度がほぼ一週である不連続な測定方式である。起動運転に関して、循環水のヒドラジン濃度は、測定された量として規定される。出力運転に関して、給水のヒドラジン含有量は、モニタリングパラメーターとして規定される。循環水における３Ｎ２Ｈ４  →  ４ＮＨ３＋Ｎ２  の反応によるヒドラジンの熱分解が非常に高い割合で起こり、その結果、循環水における測定は、評価可能ないずれの結果も生じないことから、ヒドラジンは、出力運転中、給水において測定されねばならない。また給水におけるヒドラジン濃度の測定中でさえ、ヒドラジンの熱分解がサンプリングと測定との間で起こるため、測定値の相当な変動が発生する。
【００５９】
上述した理由のため、ヒドラジンを使用する場合には、連続したプロセスモニタリング及び、適用可能ならば給水における還元剤濃度のコントロールは、可能ではない。したがって、ほとんどの場合、運転上の理由のため蒸気−水回路１４における酸素量が増加する場合でさえ、ヒドラジン濃度は、蒸気発生器１８における還元条件を保証するように十分に高く設定される。このことは、ヒドラジンを不必要に多く消費することになり、プラントの運転コストを増加させる。特にヒドラジンの場合、化学薬品の取り扱い及び使用が法的要件によって厳密に制限されているという事実によってさらにコストを悪化させる。この理由のため、原子力発電所１０において保管され取り扱われることを許されるヒドラジン溶液の濃度は、例えば、部分的に高々１５％である。
【００６０】
一方、メタノール及び他の低分子量のＣ、Ｈ、Ｏ化合物の濃度は、給水において、及び蒸気発生器１８の循環スペース４８において循環する循環水においてサンプリングライン６０、６１を介して市販のＴＯＣ流量計５６によって、連続的に測定される。
【００６１】
好ましくは、これらの連続測定は、追加の非連続的な分析法によって補足することができ、それは例えば、様々な有機化合物を区別するために使用することができる。
【００６２】
市販の分析的なデバイス及び分析法もまた、循環水及び給水の両方においてガンマ線にさらされたときに還元効果を有する他のＣ，Ｈ，Ｏ化合物、及びメタノールの濃度の連続測定を可能にする。
【００６３】
工業プラントの経験によれば、従来の蒸気ボイラーにおいて、メタノールは５３０℃までの温度及び２７０バールの圧力でさえ、熱的に安定していることを示している。しかしながら、オキシダントが従来の蒸気ボイラーに同様に存在する場合、メタノールの酸化分解は起こる。一方、蒸気発生器１８の循環水におけるメタノールの純粋な熱分解は、無視してよいほどに小さい。このことは、プラントのそれぞれの運転状態に必要な給水における還元剤の濃度が蒸気発生器における現在のメタノール消費に基づいて調節されコントロールされることを可能にする。
【００６４】
したがって、酸素結合及び他のラジカル反応による蒸気発生器１８における現在のメタノール消費は、循環水及び給水において行なわれる連続測定によって決定される。蒸気発生器１８における合計のメタノールターンオーバーは、基本的に２つの要素から構成される。即ち、
（１）蒸気発生器１８の二次側に作用するガンマ線による放射線分解（代謝率）、
（２）銅イオン、酸化銅あるいは３価の酸化鉄及び水酸化物のような、蒸気発生器１８における酸素あるいは他の酸化性物質による放射線誘発性の酸化メタノール分解。
【００６５】
蒸気発生器１８への酸素の導入は、主復水及び給水における酸素量の連続測定から知られている。高い酸素量を有する運転状態を評価することによって、あるいは給水における酸素量を特に増加させることによって、放射線誘発性の酸化によるメタノール消費は、正確に決定することができ、蒸気発生器１８における還元条件が常に保証されるように調節することができる。このことは、蒸気発生器１８（ＡＶＴ（Ｏ）運転）の外側の蒸気−水回路１４における酸化条件を調節し、同時に蒸気発生器１８（ＡＶＴ（Ｒ）運転）における還元条件を保証することを可能にする。
【００６６】
例えば、酸素濃度の急速で著しい増加が主復水及び給水において記録された場合には、給水における還元剤の濃度、したがって蒸気発生器におけるメタノールターンオーバーは、この調節によって直ちに増加可能である。
【００６７】
信号の制御及び調整はまた、プラント制御技術に統合することができる。
【００６８】
したがって、還元剤としての低分子量Ｃ、Ｈ、Ｏ化合物の使用は、とりわけ、非常に正確な必要に最適化されたプロセスモニタリング及びコントロールを可能にする。
【図１】
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【国際調査報告】
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